Jan S z a j d a

WODA-ŚRODOWISKO-OBSZARY WIEJSKIE
WATER-ENVIRONMENT-RURAL AREAS
www.imuz.edu.pl
2006: t. 6 z. 1 (16)
s. 319–334
© Instytut Melioracji i Użytków Zielonych w Falentach, 2006
METODA INWENTARYZACJI EMISJI AMONIAKU
ZE ŹRÓDEŁ ROLNICZYCH W POLSCE
I JEJ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
Stefan PIETRZAK
Instytut Melioracji i Użytków Zielonych w Falentach, Zakład Chemii Gleby i Wody
Słowa kluczowe: emisja amoniaku, inwentaryzacja emisji amoniaku, nawozy naturalne, produkcja
zwierzęca, wskaźniki emisji amoniaku
Streszczenie
Produkcja rolna, zwłaszcza zwierzęca, jest dominującym źródłem emisji amoniaku (NH3) do atmosfery. W Polsce do oceny wielkości emisji tego gazu wykorzystuje się wskaźniki przeliczeniowe,
opracowane i stosowane w państwach zachodnioeuropejskich.
Głównym celem artykułu było opracowanie urealnionych do warunków Polski wskaźników emisji amoniaku ze źródeł rolniczych. W związku z tym wyznaczono wskaźniki emisji NH3 z produkcji
zwierzęcej w wersji szczegółowej (do obliczeń na poziomie gospodarstwa) i ogólnej (do obliczeń na
poziomie kraju lub regionu) oraz ogólny wskaźnik emisji tego gazu z produkcji roślinnej (z nawozów
mineralnych). Za podstawę do wyznaczenia wskaźników z produkcji zwierzęcej przyjęto masę azotu
wydalanego przez różne zwierzęta gospodarskie oraz straty tego gazu z nawozów naturalnych
w budynkach inwentarskich, podczas przechowywania i stosowania tych nawozów oraz na pastwiskach. Ogólny wskaźnik emisji amoniaku z produkcji roślinnej wyznaczono jako wartość średnią
ważoną na podstawie przyjętych z literatury wskaźników emisji tego gazu z różnych mineralnych
nawozów azotowych oraz współczynników charakteryzujących zużycie tych nawozów w rolnictwie
polskim.
Na podstawie wyznaczonych oraz przyjętych z literatury wskaźników emisji NH3 oszacowano
ładunki tego gazu ulatniające się ze źródeł rolniczych w okresie roku w skali Polski oraz gospodarstwa ZDMUZ Biebrza.
Emisja amoniaku z produkcji rolnej w Polsce w latach 2000–2004 kształtowała się na poziomie
280–296 Gg NH3·rok–1, w tym z produkcji zwierzęcej 227–240 Gg NH3·rok–1, natomiast w ZDMUZ
Biebrza w 2004 r. emisja ta wyniosła 10 210 kg NH3·rok–1 (0,01 Gg), z czego 7,4% stanowiła emisja
z produkcji roślinnej, a 92,6% z produkcji zwierzęcej.
Adres do korespondencji: dr inż. S. Pietrzak, Instytut Melioracji i Użytków Zielonych, Zakład Chemii
Gleby i Wody, al. Hrabska 3, Falenty, 05-090 Raszyn; tel. +48 (22) 720-05-31 w. 224, e-mail:
[email protected]
320
Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 6 z. 1 (16)
WSTĘP
W Polsce, podobnie jak i w innych krajach europejskich, co roku inwentaryzuje się emisję amoniaku. Wynika to zwłaszcza z potrzeb związanych z:
− krajowym monitoringiem zanieczyszczeń powietrza i sprawozdawczością statystyczną,
− realizacją międzynarodowych zobowiązań Polski wynikających z „Konwencji
w sprawie transgranicznego przenoszenia zanieczyszczeń powietrza na dalekie
odległości” (Convention on Long Range Transboundary Air Pollution – CLRTAP) [Konwencja…, 1985].
Instytucją formalnie powołaną do szacowania emisji zanieczyszczeń, w tym
amoniaku, do atmosfery z obszaru Polski jest Krajowe Centrum Inwentaryzacji
Emisji (KCIE), działające w ramach Instytutu Ochrony Środowiska w Warszawie.
Raporty dotyczące wielkości emisji zanieczyszczeń sporządzane przez KCIE są
każdego roku przekazywane m.in. do Europejskiej Komisji Gospodarczej przy
ONZ i wykorzystywane w programie EMEP (Co-operative Programme for Monitoring and Evaluation of the Long-Range Transmission of Air Pollutants in Europe) 1) .
Do szacowania masy ulatniającego się amoniaku KCIE posługuje się wskaźnikami emisji tego gazu opracowanymi w państwach zachodnioeuropejskich (dostosowanymi do występujących tam uwarunkowań produkcji rolnej), ponieważ krajowych brak. W związku z tym istnieje potrzeba realizacji badań nad opracowaniem takich wskaźników, odpowiadających specyfice polskiego rolnictwa. Dotyczy to szczególnie wskaźników emisji z produkcji zwierzęcej, która ma dominujący udział w całkowitej emisji amoniaku do atmosfery. Zapotrzebowanie na te
wskaźniki jest coraz częściej sygnalizowane także w związku z prowadzonymi
ocenami oddziaływania na środowisko dużych gospodarstw prowadzących chów
zwierząt.
Celem niniejszej pracy jest wyznaczenie urealnionych do warunków Polski
wskaźników emisji amoniaku ze źródeł rolniczych oraz oszacowanie emisji tego
gazu z rolnictwa ogółem w całym kraju oraz w skali przykładowego gospodarstwa
rolnego ZDMUZ Biebrza, z wykorzystaniem tych wskaźników.
MATERIAŁ I METODY BADAŃ
Całkowita emisja amoniaku ze źródeł rolniczych jest sumą jego emisji z produkcji zwierzęcej i roślinnej. Emisję tę szacuje się jako iloczyn odpowiednich
1)
EKG ONZ /EMEP Europejska Komisja Gospodarcza przy ONZ zbiera z różnych krajów dane
o emisji zanieczyszczeń w związku z konwencją CLRTAP i przekazuje do przetwarzana i wykorzystywania w ramach programu EMEP (Europejski Program Monitoringu i Oceny Emisji), m.in. w celu
w modelowania rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń
321
S. Pietrzak: Metoda inwentaryzacji emisji amoniaku...
wskaźników emisji i – w pierwszym przypadku liczby zwierząt, a w drugim – zużycia mineralnych nawozów azotowych.
Na emisję amoniaku z produkcji zwierzęcej składają się emisje częściowe tego
związku generowane z odchodów różnych gatunków i grup zwierząt gospodarskich
w pomieszczeniach inwentarskich, z miejsc przechowywania nawozów naturalnych, w okresie ich stosowania na użytki rolne oraz z kału i moczu zwierząt pozostawianych na pastwisku – rysunek 1.
ODCHODY ZWIERZĘCE
ANIMAL EXCRETA
NH3
ZAGOSPODAROWANE
Developed
NIEZAGOSPODAROWANE
Undeveloped
NH3
Pastwisko
Pasture
Budynki inwentarskie
Farm houses
NH3
Składowiska nawozów
naturalnych
Manure stores
Emisja NH3
NH3
Emmission NH3
Użytki rolne
Croplands
Przepływ azotu
N flux
Nitryfikacja lub immobilizacja w glebie
Nitrification or immobilisation in soils
Rys. 1. Schemat przepływu azotu i emisja amoniaku z odchodów zwierzęcych [COWELL, WEBB, 1997]
Fig. 1. A scheme of mineral nitrogen flow and ammonia emission from animal excreta [COWELL,
WEBB, 1997]
Emisję tę można wyrazić z pewnym uproszczeniem w postaci następującej zależności:
i= p
E = ∑ niWi
(1)
i =1
gdzie:
E
p
− emisja amoniaku z produkcji zwierzęcej, kg N-NH3·zwierzę–1·rok–1;
− liczba kategorii zwierząt (np. krowy, trzoda chlewna, konie, owce,
drób);
322
Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 6 z. 1 (16)
ni
Wi
− liczba zwierząt w danej kategorii;
− wskaźnik emisji amoniaku od pojedynczego zwierzęcia z danej kategorii zwierząt, kg N-NH3·zwierzę–1·rok–1;
Dla pojedynczego zwierzęcia z danej kategorii:
Wi = mi1 + mi 2 + mi 3 + mi 4
mi1
mi2
mi3
mi4
(2)
− straty amoniaku z odchodów w budynku inwentarskim, kg N-NH3
zwierzę–1·rok–1;
− straty amoniaku z nawozów naturalnych podczas magazynowania, kg
N-NH3·zwierzę–1·rok–1;
− straty amoniaku z nawozów naturalnych po zastosowaniu na użytki
rolne, kg N-NH3·zwierzę–1·rok–1;
− straty amoniaku z odchodów zwierząt na pastwisku,
kg N-NH3·zwierzę–1·rok–1;
przy czym:
gdzie:
Ni
a
b
c
d
k
mi1 = N i ka
(3)
mi 2 = ( N i k − mi1 )b
(4)
mi 3 = ( N i k − mi1 − mi 2 )c
(5)
mi 4 = N i (1 − k )d
(6)
− średnia masa azotu w odchodach wydalanych przez pojedyncze zwierzę
w danej kategorii zwierząt gospodarskich w ciągu roku, kg N·
zwierzę–1·rok–1;
− współczynnik strat amoniaku z odchodów w budynku inwentarskim, kg
N-NH3·kg N–1;
− współczynnik strat amoniaku z nawozów naturalnych podczas magazynowania, kg N-NH3·kg N–1;
− współczynnik strat amoniaku z nawozów naturalnych podczas stosowania, kg N-NH3·kg N–1;
− współczynnik strat amoniaku z odchodów na pastwisku, kg N-NH3·
kg N–1;
− współczynnik charakteryzujący udział odchodów wydalanych przez
zwierzęta w ciągu roku w budynku inwentarskim.
323
S. Pietrzak: Metoda inwentaryzacji emisji amoniaku...
Wykorzystując podany algorytm, wyznaczono wskaźniki emisji amoniaku dla
różnych rodzajów zwierząt, przyjmując:
− ilość azotu wydalanego w odchodach przez różne zwierzęta wg JADCZYSZYN,
MAĆKOWIAKA i KOPIŃSKIEGO [2000] oraz HUTCHINGSA i in. [2001] – tabela 1;
− straty amoniaku z nawozów naturalnych w budynkach inwentarskich podczas
przechowywania i stosowania wg HUTCHINGSA i in. [2001] – tabele 2., 3. i 4., z
niewielkimi modyfikacjami, uwzględniającymi wyniki badań krajowych nad
emisją amoniaku prowadzonych przez MARCINKOWSKIEGO [2002] i PIETRZAKA
[2004];
− straty amoniaku z odchodów (kał i mocz) pozostawianych przez zwierzęta na
pastwisku równy 3,1% zawartego w nich azotu [BUSSINK, 1996];
− udział odchodów wydalanych przez zwierzęta w ciągu roku w budynku inwentarskim równy:
− 0,7–1,0 – bydło, przy czym 0,7 – bydło wypasane na pastwisku, 1,0 – w warunkach całorocznego utrzymywania bydła w budynku inwentarskim [KUTERA, 1994];
− 1,0 – trzoda chlewna (wg oceny własnej);
− 0,6 – konie (wg oceny własnej);
− 0,6 – owce (wg oceny własnej);
− 1,0 – drób kurzy, indyki i kaczki [HUTCHINGS i in., 2001];
− 0 – gęsi [HUTCHINGS i in., 2001].
Tabela 1. Masa azotu wydalanego w odchodach zwierząt gospodarskich
Table 1. Nitrogen released in animal excreta
Lp.
No.
Kategoria zwierząt
Animal category
1
2
Ilość wydalana przez zwierzęta
kg N·zwierzę–1·rok–1
Excreted amount, kg N·animal–1·year–1
kał faeces
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
cielęta 0–3 mies.1) calves 0–3 mo.1)
cielęta 3–6 mies.1) calves 3–6 mo.1)
jałówki 6–12 mies.1) heifers 6–12 mo.1)
jałówki 12–24 mies.1) heifers 12–24 mo.1)
opasy 6–12 mies.1) beefs 6–12 mo.1)
opasy 12–18 mies.1) beefs 12–18 mo.1)
opasy >24 mies. beefs >24 mo.
krowy o wydajności 3,5 tys. kg mleka
cows producing 3.5 thous. kg milk
krowy o wydajności <4 tys. kg mleka
cows producing <4 thous. kg milk
mocz urine razem total
3
4
5
1,18
2,52
7,30
14,90
8,00
8,00
16,00
30,70
2,91
6,12
14,90
27,50
14,80
14,80
29,70
39,60
4,09
8,64
22,20
42,40
22,80
22,80
45,70
70,30
33,10
42,80
75,90
324
Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 6 z. 1 (16)
cd. tab. 1
1
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
2
krowy o wydajności 4–6 tys. kg mleka
cows producing 4–6 thous. kg milk
krowy o wydajności >6 tys. kg mleka
cows producing >6 thous. kg milk
lochy sows
lochy + 18 prosiąt1) sows with 18 litters1)
prosięta 20–30 kg1) suckling pigs 20–30 kg1)
warchlaki 30–70 kg1) piglets 30–70 kg1)
tuczniki 70–110 kg1) butcher hogs 70–110 kg1)
konie 400 kg horses 400 kg
konie 600 kg horses 600 kg
maciorki ewes
jagnięta 6–12 mies.1) lambs 6–12 mo.1)
owce >12 mies. sheep >12 mo.
kury nioski1) laying hens1)
brojlery1) broilers1)
indyki1) turkeys1)
kaczki1) ducks1)
gęsi1) geese1)
3
4
5
37,80
48,90
86,70
51,90
67,40
119,30
3,60
11,40
1,98
4,44
4,44
–
–
2,68
1,22
2,44
–
–
–
–
–
11,90
25,80
4,710
10,32
10,32
–
–
5,71
2,59
5,19
–
–
–
–
–
15,50
37,20
6,69
14,76
14,76
38,00
50,00
8,39
3,81
7,63
0,854
0,0513
0,692
0,202
0,561
1)
Sztuki roczno-obliczeniowe – zwierzęta o żywotności lub okresie użytkowania w danej kategorii krótszym niż
jeden rok, dla których ładunek wydalanego azotu określono w przeliczeniu na jedno stanowisko w pomieszczeniu
inwentarskim, zakładając, że jest ono zajmowane przez zwierzęta z danej kategorii przez cały rok.
Objaśnienia: poz. 1–16 i 19–21 wg JADCZYSZYN, MAĆKOWIAKA i KOPIŃSKIEGO [2000]; poz. 17–18 i 22–26 wg
HUTCHINGSA i in. [2001].
1)
Computational individuals – animals of a life span or utilisation period shorter than 1 year for a given category
for which nitrogen load was estimated per one stand in farm building assuming that it was occupied by the animal
for a year.
Explanations: nos 1–16 and 19–21 after JADCZYSZYN, MAĆKOWIAK and KOPIŃSKI [2000]; nos 17–18 and 22–26
after HUTCHINGS at al. [2001].
Do oszacowania strat amoniaku z produkcji roślinnej wykorzystano wskaźniki
emisji z różnych asortymentów mineralnych nawozów azotowych (tab. 5) oraz
wskaźnik syntetyczny, charakteryzujące emisję amoniaku z ogólnej masy zużytych
mineralnych nawozów azotowych. Wskaźniki charakteryzujące emisję amoniaku
w zależności od zastosowanych mineralnych nawozów azotowych wykorzystano
do oceny strat amoniaku z produkcji roślinnej w skali gospodarstwa. Wskaźnik
syntetyczny wykorzystano do oceny strat amoniaku z upraw z zastosowaniem mineralnych nawozów azotowych w skali kraju. Jego wartość, równą 0,05 kg
NH3-N·(kg Nzastosowanego w nawozie)–1, wyznaczono (jako wartość średnią ważoną) na
podstawie wskaźników emisji z zastosowanych nawozów (tab. 5) i struktury ich
zużycia w polskim rolnictwie (tab. 6).
325
S. Pietrzak: Metoda inwentaryzacji emisji amoniaku...
Tabela 2. Straty amoniaku z budynków inwentarskich w zależności od systemu utrzymania zwierząt
[HUTCHINGS i in., 2001]
Table 2. Losses of ammonia from farm buildings in relation to the system of animal breeding
[HUTCHINGS at al., 2001]
Kategoria zwierząt
Animal category
Bydło
Cattle
Trzoda chlewna
Swine
– lochy karmiące
non-pregnant sows
– lochy prośne
impregnate sows
– tuczniki
butcher hogs
– prosięta
suckling pigs
Konie Horses
Owce Sheep
Kury Hens
Brojlery Broilers
Uwarunkowania utrzymania zwierząt
System of animal breeding
obora płytka, bydło na uwięzi
shallow cowshed, tethered cattle
obora płytka wolnostanowiskowa, korytarz gnojowy betonowy
shallow litter-free cowshed, concrete slurry
channel
obora bezściołowa, korytarz gnojowy rusztowy
(system gnojowicowy)
cowshed without bedding, grate slurry channel
(slurry system)
obora głęboka deep cowshed
Straty, %
Percentage losses
5
chlewnia płytka z luźnym wybiegiem
shallow pigpen with well spaced corral
chlewnia bezściołowa (system gnojowicowy)
litter-free pigpen (slurry system)
chlewnia płytka shallow pigpen
chlewnia głęboka deep pigpen
chlewnia bezściołowa (system gnojowicowy)
litter-free pigpen (slurry system)
chlewnia płytka shallow pigpen
chlewnia głęboka deep pigpen
chlewnia bezściołowa (system gnojowicowy)
litter-free pigpen (slurry system)
chlewnia płytka shallow pigpen
chlewnia głęboka deep pigpen
stajnia głęboka deep stall
owczarnia płytka shallow sheep shed
system podłogowy, utrzymanie na ściółce
floor system with litter
system klatkowy, odchody usuwane przenośnikiem taśmowym
coop system, faeces removed with conveyor
15
system podłogowy, utrzymanie na ściółce
floor system with litter
20
10
8
8
14
20
15
15
18
15
15
25
15
15
15
25
10
326
Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 6 z. 1 (16)
Tabela 3. Straty amoniaku z nawozów naturalnych podczas przechowywania [HUTCHINGS i in., 2001]
Table 3. Losses of ammonia from natural fertilisers during storage [HUTCHINGS at al., 2001]
Kategoria zwierząt
Animal category
Bydło
Cattle
Trzoda chlewna
Swine
Konie i owce
Horse and sheep
Kury Hens
Inny drób
Other fowl
Rodzaj nawozu
Type of manure
Straty, %
Percentage losses
2
gnojowica w zbiorniku przykrytym
slurry in covered tank
gnojowica w zbiorniku bez przykrycia
slurry in uncovered tank
obornik na pryzmie manure on prism
gnojówka liquid manure
gnojowica w zbiorniku przykrytym
slurry in covered tank
gnojowica w zbiorniku bez przykrycia
slurry in covered tank
obornik na pryzmie manure in prism
gnojówka liquid manure
obornik na pryzmie manure in prism
obornik na pryzmie manure in prism
9
151)
2
2
6
30
2
25
10
pomiot ptasi bird droppings
pomiot ptasi ze ściółką na pryzmie
bird droppings with litter on prism
pomiot ptasi ze ściółką na pryzmie
bird droppings with litter on prism
15
25
25
1)
Wg MARCINKOWSKIEGO [2002] przeciętne straty amoniaku z pryzmy obornika bydlęcego wynoszą 17% N.
1)
According to MARCINKOWSKI [2002] average ammonia losses from a prism of cattle manure amount 17% N.
Tabela 4. Straty amoniaku z nawozów naturalnych podczas aplikacji [HUTCHINGS i in., 2001]
Table 4. Losses of ammonia from natural fertilisers during application [HUTCHINGS at al., 2001]
Występowanie
roślinności
Vegetation
1
Nie
Nie
Nie
Tak
Tak
No
No
No
Yes
Yes
Okres
stosowania
Application period
Przykrywanie
nawozu glebą
Manure
covered with
soil
2
wiosna spring
wiosna spring
wiosna spring
wiosna spring
lato summer
3
tak
tak
nie
nie
nie
yes
yes
no
no
no
Czas do
przykrycia
glebą
Period
coverage
h
Straty, %
Percentage losses
gnojowica
i gnojówka1) obornik
manure
slurry and
liquid manure1)
4
5
6
<12
>12
–
–
–
7
10
20
20
30
3,5
5
10
10
15
327
S. Pietrzak: Metoda inwentaryzacji emisji amoniaku...
cd. tab. 4
1
Tak Yes
Nie No
Nie No
Nie No
2
3
4
5
6
jesień autumn
późne lato – początek
jesieni
late summer – beginning
of autumn
jesień autumn
jesień autumn
nie no
tak yes
–
<12
30
10
15
5
tak yes
nie no
>12
–
20
25
10
12,5
1)
Wg PIETRZAKA [2004] straty są większe podczas stosowania gnojówki niż gnojowicy – przeciętnie wynoszą
odpowiednio 30 i 20%.
1)
Acc. to PIETRZAK [2004] losses are larger during application of liquid manure than slurry and average 30% and
20%, respectively.
Tabela 5. Wskaźniki emisji amoniaku z zastosowanych nawozów [Atmospheric..., 2000]
Table 5. Coefficients of ammonia emission from applied fertilisers [Atmospheric..., 2000]
Rodzaj nawozu
Type of fertiliser
Wskaźnik emisji amoniaku1)
kg NH3-N·(kg Nzastosowanego w nawozie)–1
Coefficient of ammonia emission1)
kg NH3-N·(kg Napplied)–1
1
2
Siarczan amonu Ammonium sulphate
Saletra amonowa Ammonium nitrate
Saletra amonowo-wapniowa
Calcium ammonium nitrate
Bezwodny amoniak Anhydrous ammonia
Mocznik Urea
Fosforan amonu Ammonium phosphate
Inny kompleks nawozów NK, NPK
Other complex fertilisers NK, NPK
Roztwory azotu (mieszanina mocznika i saletry amonowej)
Nitrogen solutions (mixture of urea and ammonium nitrate)
0,05
0,01
0,01
0,04
0,15
0,05
0,01
0,08
1)
Wskaźniki opracowane dla krajów o klimacie umiarkowanym i chłodnym z dużym udziałem gleb kwaśnych.
1)
Indices elaborated for countries of moderate or cool climate with substantial share of acidic soils.
Emisję amoniaku ze źródeł rolniczych w Polsce oszacowano za okres 2000–
–2004, natomiast w gospodarstwie ZDMUZ Biebrza za 2004 r.
Dane dotyczące pogłowia zwierząt i zużycia mineralnych nawozów azotowych
w skali kraju przyjęto na podstawie materiałów GUS [Rolnictwo w 2004 r.; Użytkowanie…, 2004], natomiast w gospodarstwie ZDMUZ Biebrza z dokumentacji
księgowej tej jednostki.
328
Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 6 z. 1 (16)
Tabela 6. Struktura zużycia nawozów azotowych w Polsce w 2000 r. [JADCZYSZYN, 2005]
Table 6. The structure of nitrogen fertilisers consumption in Poland in the year 2000 [JADCZYSZYN,
2005]
Nazwa nawozu
Fertiliser
Siarczan amonu Ammonium sulphate
Mocznik Urea
Saletra amonowa Ammonium nitrate
Saletra amonowo-wapniowa Calcium ammonium nitrate
Roztwory azotu (mieszanina mocznika i saletry amonowej)
Solutions of nitrogen (mixture of urea and ammonium nitrate)
Fosforan amonu Ammonium phosphate
Inny kompleks nawozów NK, NPK
Other complex of fertilisers NK, NPK
Razem Total
Zużycie nawozów
Fertiliser consumption
tys. t N thous. t N
14
223
400
148
41
%
1
25
45
16
4
10
60
1
8
896
100
WYNIKI I DYSKUSJA
Zgodnie z przyjętymi założeniami opracowano wskaźniki emisji amoniaku dla
poszczególnych gatunków i występujących w ich ramach grup zwierząt w zależności od systemów utrzymania (tab. 7). Na tej podstawie wyznaczono wskaźniki emisji amoniaku dla kategorii zwierząt występujących w międzynarodowych klasyfikacjach SNAP97 (Selected Nomenclature for Air Pollution) oraz NFR (Nomenclature for Reporting) 2) . W ramach tych klasyfikacji emisję amoniaku z produkcji
zwierzęcej szacuje się dla następujących kategorii zwierząt: krowy mleczne, bydło
pozostałe, trzoda chlewna – lochy, trzoda chlewna – tuczniki, owce, konie, kury –
nioski, kury – brojlery, drób pozostały. Opracowując wskaźniki emisji dla poszczególnych kategorii zwierząt wg klasyfikacji SNAP97 oraz NFR, przyjęto że
75% zwierząt utrzymywanych jest w systemie ściołowym (wytwarzane obornik
i gnojówka), a 25% w systemie bezściołowym (wytwarzana gnojowica) [Program
operacyjny..., 2005]. Uwzględniono też krajową strukturę pogłowia zwierząt zgodnie z danymi statystycznymi podawanymi przez GUS. Poza tym, wyznaczając
wskaźnik emisji amoniaku dla krów, przyjęto że ich przeciętna wydajność mleczna
w Polsce w ostatnich latach kształtowała się na poziomie 3700–4000 l mleka rocznie [Rolnictwo w I półroczu 2004 r.].
2)
SNAP97, NFR – stara i nowa klasyfikacja, wykorzystywane do sporządzania raportów przez Krajowe Centrum Inwentaryzacji dla Emisji dla EKG ONZ/EMEP w związku z konwencją CLRTAP.
Klasyfikację SNAP97 wykorzystywano do inwentaryzacji za 2000 r.
329
S. Pietrzak: Metoda inwentaryzacji emisji amoniaku...
Tabela 7. Wskaźniki emisji amoniaku (kg N-NH3·rok–1·sztuka–1) dla różnych kategorii zwierząt
w zależności od systemu utrzymania
Table 7. Coefficients of ammonia emission (kg N-NH3·year–1·ind.–1) for different animal categories in
relation to the system of breeding
Wskaźnik emisji amoniaku
w zależności od systemu utrzymania zwierząt
Coefficient of ammonia emission
in relation to the system of animal breeding
ściołowy litter
Kategoria zwierząt
Animal category
na głębokim
oborniku
on deep
manure
1
1)
2
1)
Cielęta 0–3 mies. Calves 0–3 mo.
Cielęta 3–6 mies.1) Calves 3–6 mo.1)
Jałówki 6–12 mies.1) Heifers 6–12 mo.1)
Jałówki 12–24 mies.1) Heifers 12–24 mo.1)
Krowy o wydajności 3,5 tys. kg mleka
Cows producing 3.5 thous. kg milk
Krowy o wydajności <4 tys. kg mleka
Cows producing <4 thous. kg milk
Krowy o wydajności 4–6 tys. kg mleka
Cows producing 4–6 thous. kg milk
Krowy o wydajności >6 tys. kg mleka
Cows producing >6 thous. kg milk
Lochy Sows
Lochy + 18 prosiąt1) Sows with 18 litters1)
Prosięta 20–30 kg1) Suckling pigs 20–30 kg1)
Warchlaki 30–70 kg1) Piglets 30–70 kg1)
Tuczniki 70–110 kg1) Butcher hogs 70–110 kg1)
Konie 400 kg Horses 400 kg
Konie 600 kg Horses 600 kg
Maciorki Ewes
Jagnięta 6–12 mies.1) Lambs 6–12 mo.1)
Owce >12 mies. Sheep >12 mo.
Kury nioski1) Laying hens1)
Brojlery1) Broilers1)
Indyki1) Turkeys1)
Kaczki1) Ducks1)
Gęsi1) Geese1)
1)
Jak pod tabelą 1.
1)
As in Tab. 1.
na posadzce z małą
bezściołowy
ilością ściółki
(gnojowicowy)
on floor with
litter free
a small amount
of litter
3
4
0,48
1,01
2,59
4,95
6,40
1,30
2,74
6,98
13,26
15,72
–
–
7,33
14,00
16,90
6,91
16,98
18,25
7,89
19,40
20,85
10,86
26,70
28,69
9,75
4,19
1,23
2,72
2,72
8,62
6,55
1,45
1,31
0,66
–
–
–
–
–
16,98
7,07
3,28
6,54
6,54
–
–
–
–
–
0,239
0,014
0,194
0,057
0,112
2,41
5,33
5,33
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
330
Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 6 z. 1 (16)
Wyznaczone wskaźniki emisji amoniaku dla zwierząt okazały się różne od stosowanych przez Krajowe Centrum Inwentaryzacji Emisji – różnice wynosiły od 8
do 25% (tab. 8).
Tabela 8. Wyznaczone wskaźniki emisji amoniaku dla kategorii zwierząt ujętych w klasyfikacji
SNAP97 i NFR oraz stosowane przez KCIE
Table 8. Estimated indices of ammonia emission for animal categories listed in the classification
SNAP97 and NFR and used by KCIE
Wskaźnik emisji, kg N-NH3·rok–1·szt.–1
Index of emission, kg N-NH3·year–1·szt.–1
opracowane przez autora
stosowane przez KCIE1)
used by KCIE1)
elaborated by author
17,3 (21,0)
22,9 (27,8)
Kategoria zwierząt
Animal category
Krowy mleczne Milk cows
12,0 (14,6)
Pozostałe bydło Remaining cattle
10,3 (12,5)
Lochy Sow
7,1 (8,6)
Pozostała trzoda chlewna (20–110 kg)
Remaining pigs, swine, hogs (20–110 kg)
5,2 (6,3)
4,2 (5,1)2)
Konie Horses
8,0 (9,7)
10,3 (12,5)
Owce Sheep
1,2 (1,4)
1,6 (1,9)
Kury – nioski Laying hens
0,24 (0,29)
0,26 (0,32)
Kury – brojlery Hens broilers
0,014 (0,02)
–
Drób kurzy (kury-nioski, kurczaki)
Poultry hens (laying hens, chickens)
0,10 (0,12)
–
Pozostały drób (gęsi, kaczki, indyki)
Remaining poultry (geese, ducks, turkeys)
0,12 (0,15)
0,21 (0,26)
1)
1)
Wg OLENDRZYŃSKIEGO i in. [2003].
Acc. to OLENDRZYŃSKI et al. [2003].
2)
2)
Odnosi się do trzody chlewnej ogółem.
Pertains to total swine.
Na podstawie opracowanych wskaźników emisji amoniaku dla zwierząt oraz
przyjętych wskaźników emisji z mineralnych nawozów azotowych oszacowano
emisję amoniaku ze źródeł rolniczych w skali Polski i w skali gospodarstwa rolnego ZDMUZ Biebrza.
Do oszacowania emisji amoniaku w skali kraju wykorzystano wskaźniki emisji
amoniaku dla zwierząt wyznaczone zgodnie z klasyfikacją SNAP97 oraz NFR (tab.
8) i ogólny (syntetyczny) wskaźnik emisji z upraw z zastosowaniem mineralnych
nawozów azotowych. Stwierdzono, że całkowita emisja z rolnictwa w Polsce
w latach 2000–2004 wynosiła 280–296 Gg NH3·rok–1 (tab. 9). W okresie 2000–
–2002 była ona od 3,4 do 10,8% mniejsza od jej wielkości podawanej przez KCIE.
Rozpatrując składowe tej emisji, stwierdzono że w okresie porównawczym (z wy-
331
S. Pietrzak: Metoda inwentaryzacji emisji amoniaku...
jątkiem 2000 r., w którym KCIE przyjęło do obliczeń inną liczbę zwierząt od
podanej przez GUS) emisja z produkcji zwierzęcej była podobna, wystąpiły natomiast dość duże różnice (od 32 do ponad 33 Gg NH3·rok–1) w szacunkach emisji
z produkcji roślinnej. Wynika to z zastosowania przez KCIE wskaźnika emisji
z nawozów mineralnych prawie dwukrotnie większego (0,098 kg NH3-N·kg–1N, tj.
98·10–6 Gg) od wyznaczonego przez autora.
Tabela 9. Emisja amoniaku ze źródeł rolniczych w Polsce, Gg NH3 NH3·rok–1
Table 9. Emission of ammonia from agricultural sources in Poland, Gg NH3·year–1
Rok
Year
2000
2001
2002
2003
2004
1)
Emisja Emission
z produkcji zwierzęcej
from animal production
całkowita
total
oszacowana
przez autora
estimated by
author
292,2
289,4
279,8
296,1
281,5
wg KCIE1)
acc. to
KCIE1)
302,6
317,2
313,8
–
–
oszacowana
przez autora
estimated by
author
239,8
234,9
227,4
243,7
229,1
wg KCIE1)
acc. to
KCIE1))
218,2
229,5
229,3
–
–
z produkcji roślinnej
from plant production
oszacowana
przez autora
estimated by
author
52,4
54,5
52,4
52,4
52,4
wg KCIE1)
acc. to
KCIE1)
84,4
87,7
84,5
–
–
Wg Bazy danych… Acc. to Baza danych…
Do oszacowania emisji amoniaku w skali gospodarstwa rolnego ZDMUZ Biebrza (powierzchnia użytków rolnych 575 ha, w tym 167 ha gruntów ornych i 408
ha użytków zielonych) wykorzystano wskaźniki emisji amoniaku w wersji podstawowej – wyznaczone dla zwierząt (tab. 7) i przyjęte dla upraw ze stosowaniem
nawozów (tab. 5). Doboru wskaźników dokonano na podstawie danych charakteryzujących produkcję rolną w tym gospodarstwie, takich jak:
− stan pogłowia zwierząt – tabela 10.,
− asortyment i zużycie azotowych nawozów mineralnych – tabela 11.,
− wydajność mleczna krów – ponad 5100 l mleka w ciągu roku,
− system utrzymania zwierząt: krowy w okresie zimowym w oborach bezściołowych (system gnojowicowy), a w okresie letnim wypas na pastwisku; część jałowizny w okresie zimowym w oborze głębokiej, a część w oborze płytkiej, latem pod wiatą.
Stwierdzono, że emisja amoniaku z produkcji rolnej w ZDMUZ Biebrza
w 2004 r. wyniosła ogółem 10 210 kg NH3·rok–1, z czego 7,4% stanowiła emisja
z produkcji roślinnej, a 92,6% z produkcji zwierzęcej. W przeliczeniu na 1 ha
użytków rolnych emisja amoniaku wynosiła 17,8 kg NH3·rok–1 i była o 0,6 kg
NH3·rok–1 większa od przeciętnej emisji w skali kraju.
332
Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 6 z. 1 (16)
Tabela 10. Średnie pogłowie zwierząt w ZDMUZ Biebrza w 2004 r., szt. fizyczne
Table 10. Mean animal stock in Experimental Farm Biebrza in 2004, individuals
Grupa zwierząt
Animal group
Pogłowie
Animal stock
224,3
29,0
111,4
50,3
84,5
23,6
4,4
1,4
1,0
Krowy Cows
Jałówki cielne Pregnant heifers
Jałówki >12 mies. Heifers >12 mo.
Jałówki 6–12 mies. Heifers 6–12 mo.
Cielęta <6 mies. Calves <6 mo.
Opasy dorosłe Adult fat stock
Młode opasy Young fat stocke
Konie Horses
Buhaje Bulls
Tabela 11. Zużycie mineralnych nawozów azotowych w ZDMUZ Biebrza w 2004 r.
Table 11. Consumption of mineral nitrogen fertilisers in Experimental Farm Biebrza in 2004
Nazwa nawozu
Fertiliser
Saletra amonowa
Ammonium nitrate
Saletrzak Nitrochalk
Mocznik Urea
Fosforan amonu
Ammonium phosphate
Masa Mass
dt
365,5
Zawartość N, kg N·(100 kg nawozu)–1
Nitrogen content, kg N·(100 kg fertiliser)–1
34
34,5
38
247
27,5
46
18
PODSUMOWANIE
Wskaźniki emisji amoniaku ze źródeł rolniczych są niezbędnym elementem
w inwentaryzacji zanieczyszczeń powietrza, mogą też być wykorzystywane do
wykonywania ocen oddziaływania na środowisko gospodarstw rolnych, a także
w celach edukacyjnych. Ich przydatność zależy od dokładności, z jaką odzwierciedlają emisję występującą w danych warunkach.
Wyznaczając wskaźniki emisji amoniaku z produkcji zwierzęcej, uwzględniono różne specyficzne dla Polski czynniki mające wpływ na jej kształtowanie. Wykorzystano m.in. dostępne krajowe wyniki prac nad zawartością azotu w odchodach zwierząt i stratami amoniaku z nawozów naturalnych, a także wzięto pod
uwagę występujące w kraju systemy utrzymania i strukturę pogłowia zwierząt oraz
wydajność mleczną krów. Ogólny wskaźnik emisji amoniaku z azotowych nawozów mineralnych wyznaczono, uwzględniając ich rodzaje i strukturę wykorzysta-
S. Pietrzak: Metoda inwentaryzacji emisji amoniaku...
333
nia w kraju. Pozwala to sądzić, że wskaźniki te większym stopniu niż stosowane
dotychczas (przyjęte z literatury zagranicznej) są przydatne do szacowania ilości
amoniaku powstającego w produkcji rolnej w Polsce. Prace nad ich doskonaleniem
powinny być kontynuowane. Potrzebna jest zwłaszcza większa liczba danych z bezpośrednich pomiarów dotyczących strat amoniaku na różnych etapach gospodarki
nawozami naturalnymi oraz z zastosowanych azotowych nawozów mineralnych.
LITERATURA
Atmospheric emission inventory guidebook, 2000. Ed. 2. Tech. report no 30 vol. 3. Luxembourg:
Office for Official Publ. Eur. Comm. ss. 450.
Baza danych o polskich emisjach do powietrza. IOŚ, KCIE. http://emissions.ios.edu.pl/
BUSSINK D.W., 1996. Ammonia volatilization from intensively managed dairy pastures. Thesis
Landbouwuniversiteit Wageningen, CIP-DATA., Den Haag: Koninklijke Bibliotheek ss. 177.
COWELL D., WEBB J., 1997. A review of process-based methodologies for modelling ammonia emissions from agricultural livestock. Meet. of UNECE Technical group on agricultural emission and
ammonia abatement. Materiały robocze. 3-7 March 1997, Reggio Emilia, Italy maszyn. ss. 13.
HUTCHINGS N.J., SOMMER S.G., ANDERSEN J.M., ASMAN W.A.H., 2001. A detailed ammonia emission
inventory for Denmark. Atm. Env. 35 s. 1959–1968.
JADCZYSZYN T., 2005. Wyniki niepublikowane, uzyskane bezpośrednio od autorki.
JADCZYSZYN T., MAĆKOWIAK CZ., KOPIŃSKI J., 2000. Model SFOM narzędziem symulacji ilości
i jakości nawozów organicznych wytwarzanych w gospodarstwie. Pam. Puł. z. 120/I s. 168–175.
Konwencja w sprawie transgranicznego przenoszenia zanieczyszczeń powietrza na dalekie odległości
sporządzona w Genewie dnia 13 listopada 1979 r. Dz.U. 1985 nr 60 poz. 311.
KUTERA J., 1994. Gospodarka gnojowicą. Wrocław: Wydaw. AR ss. 370.
MARCINKOWSKI T., 2002. Identyfikacja strat azotu w towarowych gospodarstwach rolnych Żuław
Wiślanych. Woda Środ. Obsz. Wiej. Rozpr. nauk. monogr. nr 1 ss. 79.
OLENDRZYŃSKI K., DĘBSKI B., KARGULEWICZ I., SKOŚKIEWICZ J., FUDAŁA J., HŁAWICZKA S., CEKOWSKI
M., 2003. Inwentaryzacja emisji zanieczyszczeń powietrza za rok 2001 na potrzeby statystyki krajowej i zobowiązań międzynarodowych w ramach konwencji w sprawie transgranicznego przenoszenia zanieczyszczeń powietrza na dalekie odległości. Warszawa: IOŚ, KCIE maszyn. ss. 104.
PIETRZAK S., 2004. Ammonia losses from natural fertilisers applied to croplands in view of experimental studies in Poland. Water Manag. Eng. Trans. Lithuanian Univ. Agricult. Water Manag.
Inst. Lithuanian Univ. Agricult. 4 s. 41–45.
Program operacyjny Rozwój obszarów wiejskich na lata 2007–2013, 2005. Warszawa: MRiRW ss. 108.
Rolnictwo w 2004 r. Zaopatrzenie rolnictwa w środki produkcji. http://www.stat.gov.pl/dane_spolgosp/rolnic_lesnict_srodowi/rolnictwo/2004/2004/index.htm
Rolnictwo w I półroczu 2004 r. Produkcja mleka i jaj. http://www.stat.gov.pl/dane_spol-gosp/
rolnic_lesnict_srodowi/rolnictwo/2004/I_polr/
Użytkowanie gruntów, powierzchnia zasiewów i pogłowie zwierząt gospodarskich w 2004 r., 2004.
Warszawa: GUS ss. 80.
334
Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 6 z. 1 (16)
Stefan PIETRZAK
INVENTORY METHOD FOR AMMONIA EMISSIONS
FROM AGRICULTURAL SOURCES IN POLAND AND ITS PRACTICAL APPLICATION
Key words: ammonia emission, animal production, coefficients of the ammonia emission, inventory of
ammonia emission, manures
Summary
Agricultural production and animal production in particular, is the main source of ammonia
emission to the atmosphere. To estimate the amount of NH3 emission in Poland the conversion coefficients elaborated and used in West-European countries are used.
Main objective of this work was to elaborate the indices of ammonia emission from agricultural
sources adopted to Polish conditions. Coefficients of ammonia emission from animal production were
calculated in detailed version (at the farm level) and in general version (at the country or regional
level). Total coefficient of ammonia emission from plant production (from mineral nitrogen fertilizers) was also elaborated. Coefficients were based on nitrogen excreted by different categories of
animals and on the losses of ammonia from manures kept in farm buildings, during their storage and
application on pastures. Total coefficient of ammonia emission from plant production was calculated
as the weighed mean value taken from literature data on ammonia emission from fertilizers and on the
structure of their use in Polish agriculture. Basing on calculated coefficients and those adopted from
literature the annual loads of ammonia from agricultural sources were calculated for the whole country and for the farm ZDMUZ Biebrza.
In Poland the ammonia emission from agricultural production in 2000–2004 was estimated at
280–296 Gg NH3·year–1, including 227–240 Gg NH3·year–1 from animal production. In ZDMUZ
Biebrza in 2004 this emission was estimated at 10 210 kg NH3·year–1 i.e. 0.01 Gg, 7.4% of which
originated from plant production and 92.6% from animal production.
Recenzenci:
prof. dr hab. Teofil Mazur
doc. dr hab. Andrzej Myczko
Praca wpłynęła do Redakcji 04.10.2005 r.